DE19946718A1 - Vorbehandlungsverfahren für einen elektro-mechanischen Wandler - Google Patents
Vorbehandlungsverfahren für einen elektro-mechanischen WandlerInfo
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Abstract
Vorbehandlungsverfahren für einen elektro-mechanischen Wandler, insbesondere zur Vorpolung eines piezoelektrischen Stellglieds für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, bei dem der Wandler vor dem eigentlichen Betrieb mit einem elektrischen Vorbehandlungssignal angesteuert wird, um einen vorgegebenen Betriebspunkt entsprechend dem Vorbehandlungssignal einzustellen, wobei das Vorbehandlungssignal im wesentlichen dem elektrischen Ansteuersignal während des normalen Wandlerbetriebs entspricht, um eine Verschiebung des voreingestellten Betriebspunkts während des normalen Wandlerbetriebs zu verhindern.
Description
Die Erfindung betrifft ein Vorbehandlungsverfahren für einen
elektromechanischen Wandler, insbesondere zur Vorpolung eines
piezoelektrischen Stellgliedes für eine Einspritzanlage einer
Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In herkömmlichen Common-Rail-Einspritzanlagen für Brennkraft
maschinen werden elektromechanische Wandler in Form von pie
zoelektrischen Stellgliedern verwendet, um in den Injektoren
der Einspritzanlage die Einspritzung von Kraftstoff in die
Brennräume der Brennkraftmaschine zu steuern. Das piezoelek
trische Substrat derartiger piezoelektrischer Stellglieder
weist üblicherweise eine Vielzahl räumlich verteilt angeord
neter Domänen auf, die teilweise unterschiedlich ausgerichtet
sind. Vor dem eigentlichen Betrieb werden die piezoelektri
schen Stellglieder deshalb gepolt, um die einzelnen Domänen
innerhalb des piezoelektrischen Substrates einheitlich auszu
richten. Hierzu wird das piezoelektrische Substrat einem
elektrischen Signal ausgesetzt. Nachteilig daran ist, daß im
anschließenden normalen Betrieb der piezoelektrischen Stell
glieder ein dauerndes Nachpolen des piezoelektrischen Sub
strates stattfindet, wodurch sich der Betriebspunkt der pie
zoelektrischen Stellglieder verschiebt, was zu einem verän
derten Stellverhalten führt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Vorbe
handlungsverfahren für ein piezoelektrisches Stellglied zu
schaffen, das eine dauerhafte Einstellung eines vorgegebenen
Betriebspunktes ermöglicht, ohne daß sich der Betriebspunkt
anschließend im normalen Betrieb des piezoelektrischen Stell
gliedes verschiebt.
Die Erfindung wird - ausgehend von dem eingangs beschriebenen
bekannten Vorbehandlungsverfahren - gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, im Rah
men des dem eigentlichen Betrieb vorgeschalteten Behandlungs
vorganges die elektrischen, mechanischen, thermischen
und/oder magnetischen Randbedingungen vorzugeben, die während
des eigentlichen Betriebs auftreten.
Vorzugsweise wird der elektromechanische Wandler während des
Behandlungsvorganges mit einem elektrischen Behandlungssignal
angesteuert, das im wesentlichen dem elektrischen Ansteuersi
gnal während des normalen Betriebes entspricht, um eine Ver
schiebung des voreingestellten Betriebspunktes während des
normalen Betriebes zu verhindern. Hierzu besteht das Vorbe
handlungssignal vorzugsweise im wesentlichen aus einer Puls
folge, wobei die Pulsfrequenz vorzugsweise im wesentlichen
gleich der Ansteuerfrequenz im normalen Betrieb ist. Übliche
Werte für die Pulsfrequenz liegen somit zwischen 10 und 120 Hz,
wobei eine Ansteuerfrequenz von 55 Hz bevorzugt wird. Als
Pulsdauer für das Vorbehandlungssignal eignen sich vorzugs
weise Werte im Bereich zwischen 0,1 ms und 2 ms, wobei sich
ein Wert von 1,4 ms für die Pulsdauer des Vorbehandlungs
signals als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Vorzugsweise wird der Wandler bei der Ansteuerung mit dem Be
handlungssignal zusätzlich mechanisch belastet, um den norma
len Betriebszustand während der Vorbehandlung zu simulieren.
Hierzu wird der Wandler vorzugsweise mit einer Kraft von 400 N
bis 1.000 N auf Druck belastet, wobei sich eine Vorspann
kraft von 850 N als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Gemäß einer weiterbildenden Variante der Erfindung wird zu
sätzlich die Betriebstemperatur simuliert, indem der Wandler
vor der eigentlichen Vorbehandlung auf die normale Betriebstemperatur
gebracht wird, die üblicherweise zwischen +50°C
und +150°C liegt, wobei sich als Temperatur für den Vorbe
handlungsvorgang ein Wert von +80°C als besonders vorteilhaft
erwiesen hat.
Nach einer weiterbildenden Variante der Erfindung von eigener
schutzwürdiger Bedeutung wird während des Vorbehandlungsver
fahrens das Ansprechverhalten des Wandlers gemessen, um eine
Information über den Vorbehandlungszustand des Wandlers zu
erhalten. Die so gewonnene Information kann beispielsweise
genutzt werden, um die Vorbehandlungsparameter anzupassen
oder den Vorbehandlungsvorgang nach Erreichen des gewünschten
Zustandes zu beenden. Hierzu kann beispielsweise die elektri
sche Spannung, der elektrische Strom, der Hub und/oder die
durch den Wandler geflossene elektrische Ladung gemessen wer
den, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Messung der vor
stehend genannten Parameter beschränkt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam
men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Vorbehandlungsvor
gang in Form eines Flußdiagramms dargestellt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorbehand
lungsverfahrens werden nach einem Startschritt 1 zunächst und
im weiteren Schritt 2 die Vorbehandlungsparameter für den ei
gentlichen Vorbehandlungsvorgang festgelegt. So erfolgt die
Vorbehandlung in Form einer Polung des piezoelektrischen
Stellgliedes mit einer elektrischen Pulsfolge mit einer Fre
quenz von f = 55 Hz, einer Ansteuerzeit von Δt = 1,0 ms, einer
Ladeenergie W = 80 mJ, einer Ladezeit von tL = 100 µs und einer
Temperatur von T = +80°C, wobei das elektrische Stellglied mit
einer Vorspannkraft von F = 850 N auf Druck belastet wird. Nach
der Vorgabe dieser Vorbehandlungsparameter wird dann in einem
nächsten Schritt 3 ein elektrischer Impuls auf das piezoelek
trische Stellglied gegeben. Anschließend wird dann in einem
weiteren Meßschritt 4 das Ansprechverhalten des piezoelektri
schen Stellgliedes auf den vorangegangenen Impuls ermittelt,
in dem die Spannung U, die Kraft F, der Hub Δl sowie die
während des Impulses über das piezoelektrische Stellglied ge
flossene Ladung Q gemessen werden.
Daraufhin wird in einem Auswertungsschritt 5 ermittelt, ob
der Vorbehandlungsvorgang beendet werden kann. Hierzu werden
die in dem Meßschritt 4 ermittelten Meßwerte des piezoelek
trischen Stellgliedes unter Berücksichtigung von zugelassenen
Toleranzbandbreiten mit vorgegebenen Sollwerten verglichen.
Falls sich die Meßwerte innerhalb der Toleranzbandbreiten be
wegen, so wird das Vorbehandlungsverfahren in einem Abschluß
schritt 6 beendet. Liegen dagegen einzelne oder mehrere Meß
parameter außerhalb der Toleranzbandbreiten, so wird zu
Schritt 3 zurückgegangen und ein weiterer Impuls auf das pie
zoelektrische Stellglied gegeben, bis die in Schritt 4 gemes
senen Werte innerhalb der Toleranzbandbreiten liegen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf
die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von
der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear
teten Ausführungen Gebrauch macht.
Claims (11)
1. Vorbehandlungsverfahren für einen elektromechanischen
Wandler, insbesondere zur Polung eines piezoelektrischen
Stellglieds für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschi
ne,
bei dem der Wandler vor dem eigentlichen Betrieb mit einem
elektrischen Vorbehandlungssignal angesteuert wird, um einen
vorgegebenen Betriebspunkt entsprechend dem Vorbehandlungs
signal einzustellen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorbehandlungssignal im wesentlichen dem elektrischen
Ansteuersignal während des normalen Wandlerbetriebs ent
spricht, um eine Verschiebung des voreingestellten Be
triebspunkts während des normalen Wandlerbetriebs zu verhin
dern.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler bei der Ansteuerung mit dem Vorbehandlungs
signal mechanisch belastet wird, wobei die mechanische Bela
stung im wesentlichen der mechanischen Belastung während des
normalen Betriebs entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler bei der Ansteuerung mit dem Vorbehandlungs
signal mit einer Kraft von 400 N bis 1000 N auf Druck bela
stet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler vor der Ansteuerung mit dem Vorbehandlungs
signal auf eine Temperatur gebracht wird, die im wesentlichen
der Betriebstemperatur entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler vor der Ansteuerung mit dem Vorbehandlungs
signal auf eine Temperatur zwischen +50°C und +150°C gebracht
wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorbehandlungssignal im wesentlichen aus einer Puls
folge besteht, wobei die Pulsfrequenz im wesentlichen gleich
der Ansteuerfrequenz im normalen Betrieb ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulsfrequenz des Vorbehandlungssignals zwischen
10 Hz und 120 Hz liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulsdauer des Vorbehandlungssignals im wesentlichen
zwischen 0,1 ms und 2 ms liegt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Ansteuerung mit dem Vorbehandlungssignal das
mechanische und/oder elektrische Ansprechverhalten des Wandlers
gemessen wird, um eine Information über den Vorbehand
lungszustand des Wandlers zu erhalten.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Ansteuerung mit dem Vorbehandlungssignal die
elektrische Spannung, der elektrische Strom, der Hub und/oder
die durch den Wandler geflossene elektrische Ladung gemessen
wird, um eine Information über den Vorbehandlungszustand zu
erhalten.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ansprechverhalten des Wandlers mit vorgegebenen Refe
renzwerten verglichen und der Vorbehandlungsvorgang beim Er
reichen eines oder mehrere der Referenzwerte abgebrochen
wird.
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